JP4978108B2

JP4978108B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP4978108B2
Application number: JP2006218430A
Authority: JP
Inventors: 真一宮崎; 亮一下井; 陽介鈴木; 大井殿
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2026-08-10
Also published as: JP2008041622A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

従来、システム停止時に酸化剤極側の酸化剤ガスの全部又は一部を不活性ガスで置換し、その後、置換した不活性ガスの全部又は一部をさらに燃料ガスで置換する燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムでは、不活性ガスの全部又は一部を燃料ガスで置換した後に、燃料極側の上流及び下流、並びに酸化剤極側の上流及び下流に設けられた遮断弁を閉じることで、両極側に燃料ガスを封入することとしている。これにより、両極側に酸化剤ガスが存在する状態で燃料極側に燃料ガスを供給することによる触媒劣化反応を抑制することとしている（特許文献１参照）。
特開２００５−７１９４９号公報 Conventionally, there has been known a fuel cell system in which all or part of the oxidant gas on the oxidant electrode side is replaced with inert gas when the system is stopped, and then all or part of the replaced inert gas is further replaced with fuel gas. It has been. In this fuel cell system, after replacing all or part of the inert gas with fuel gas, by closing the shutoff valves provided upstream and downstream on the fuel electrode side, and upstream and downstream on the oxidant electrode side, Fuel gas is sealed on both sides. This suppresses the catalyst deterioration reaction caused by supplying the fuel gas to the fuel electrode side in the state where the oxidant gas exists on both electrode sides (see Patent Document 1).
JP 2005-71949 A

しかし、従来の燃料電池システムでは、燃料ガスを封入するべく遮断弁を閉じるため、システム停止後に外気温が低下して氷点下になった場合など、遮断弁に付着していた水が凍結して遮断弁を閉状態のまま固着させてしまう可能性がある。この場合、遮断弁を開くことができなくなり、燃料電池スタックに燃料ガス及び酸化剤ガスを供給できずにシステムを再起動できなくなってしまう。 However, in the conventional fuel cell system, the shutoff valve is closed to enclose the fuel gas, so that water adhering to the shutoff valve freezes and shuts off when the outside temperature drops below freezing after the system stops. There is a possibility that the valve is stuck in the closed state. In this case, the shut-off valve cannot be opened, and the system cannot be restarted without supplying fuel gas and oxidant gas to the fuel cell stack.

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、触媒劣化反応を抑制しつつ低温環境下において弁固着により再起動できなくなってしまう事態を防止することが可能な燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and the object of the present invention is to prevent a situation in which the catalyst cannot be restarted due to valve sticking in a low temperature environment while suppressing a catalyst deterioration reaction. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that can be used.

本発明の燃料電池システムは、燃料電池スタックと、規制弁と、置換手段と、制御手段と、温度検出手段とを備えている。燃料電池スタックは、燃料ガスの供給を受ける燃料極および酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極を有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることにより発電を行う。規制弁は、弁閉されることで燃料極側および酸化剤極側への外気の流入を規制する。置換手段は、燃料電池スタックの燃料極側及び酸化剤極側のガスを燃料ガス及び不活性ガスの少なくとも一方によって置換する。制御手段は、規制弁の開閉及び置換手段によるガス置換を制御する。温度検出手段は、規制弁の温度を検出する。さらに、制御手段は、システム停止時に置換手段によるガスの置換と規制弁の弁閉とを行い、システム停止からシステムが再起動されるまでのシステム停止期間中において温度検出手段により検出された温度が所定温度未満である場合、規制弁を開ける。 The fuel cell system of the present invention includes a fuel cell stack, a regulating valve, a replacement unit, a control unit, and a temperature detection unit. The fuel cell stack has a fuel electrode supplied with fuel gas and an oxidant electrode supplied with oxidant gas, and generates power by reacting the fuel gas and oxidant gas. The regulating valve regulates the inflow of outside air to the fuel electrode side and the oxidant electrode side by closing the valve. The replacement means replaces the gas on the fuel electrode side and the oxidant electrode side of the fuel cell stack with at least one of a fuel gas and an inert gas. The control means controls opening / closing of the regulating valve and gas replacement by the replacement means. The temperature detecting means detects the temperature of the regulating valve. Further, the control means performs gas replacement by the replacement means and valve closing of the regulating valve when the system is stopped, and the temperature detected by the temperature detection means during the system stop period from the system stop until the system is restarted. When the temperature is lower than the predetermined temperature, the restriction valve is opened.

本発明によれば、システム停止時にガスの置換と規制弁の弁閉とを行うため、燃料電池スタックを燃料ガス及び不活性ガスの少なくとも一方で置換して、触媒劣化反応を抑制することができる。さらに、システムが再起動されるまでのシステム停止期間中において検出された規制弁の温度が所定温度未満である場合、規制弁を開ける。このため、規制弁に水が付着していたとしても、所定温度未満では規制弁が開けられることとなり、規制弁はたとえ固着したとしても開状態で固着することとなる。よって、規制弁は閉状態で固着することがなく、弁固着によって再起動ができなくなることを防止することができる。従って、触媒劣化反応を抑制しつつ低温環境下において弁固着により再起動できなくなってしまう事態を防止することができる。 According to the present invention, since the gas is replaced and the regulating valve is closed when the system is stopped, the catalyst deterioration reaction can be suppressed by replacing the fuel cell stack with at least one of the fuel gas and the inert gas. . Furthermore, when the temperature of the restriction valve detected during the system stop period until the system is restarted is lower than a predetermined temperature, the restriction valve is opened. For this reason, even if water adheres to the regulating valve, the regulating valve is opened at a temperature lower than a predetermined temperature, and the regulating valve is stuck in the open state even if it is stuck. Therefore, the regulation valve does not stick in the closed state, and it is possible to prevent the restart from being disabled due to the valve sticking. Therefore, it is possible to prevent a situation in which the catalyst cannot be restarted due to the sticking of the valve in a low temperature environment while suppressing the catalyst deterioration reaction.

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。図１に示す燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料ガス供給系２０と、酸化剤ガス供給系３０とを備えている。 FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. A fuel cell system 1 shown in FIG. 1 includes a fuel cell stack 10, a fuel gas supply system 20, and an oxidant gas supply system 30.

燃料電池スタック１０は、燃料ガス（水素）の供給を受ける燃料極１１と、酸化剤ガス（酸素（具体的には酸素を含んだ空気））の供給を受ける酸化剤極１２とを有し、供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電するものである。また、燃料極１１と酸化剤極１２とは固体高分子電解質膜１３を挟んで重ね合わされて発電セルを構成している。燃料電池スタック１０は、これら発電セルが複数層積層されたスタック構造となっている。 The fuel cell stack 10 includes a fuel electrode 11 that is supplied with a fuel gas (hydrogen), and an oxidant electrode 12 that is supplied with an oxidant gas (oxygen (specifically, air containing oxygen)). Electric power is generated by reacting the supplied fuel gas and oxidant gas. Further, the fuel electrode 11 and the oxidant electrode 12 are overlapped with a solid polymer electrolyte membrane 13 interposed therebetween to constitute a power generation cell. The fuel cell stack 10 has a stack structure in which a plurality of these power generation cells are stacked.

図２は、図１に示された燃料電池スタック１０の単位セルを示す構成図である。図２に示すように、燃料極１１と酸化剤極１２との間には固体高分子電解質膜１３が設けられている。この固体高分子電解質膜１３は、水素イオン導電性を有するパーフルオロカーボンスルフォン酸からなっている。燃料極１１は、多孔質カーボンに白金などの貴金属を担持した触媒および水素イオン導電性を有する高分子電解質との混合物からなる燃料極触媒層１１ａと、燃料極触媒層１１ａの上に積層した通気性および電子導電性を有するガス拡散層１１ｂとを有している。同様に、酸化剤極１２は、触媒および高分子電解質との混合物からなる酸化剤極触媒層１２ａと、酸化剤極触媒層１２ａの上に積層した通気性および電子導電性を有するガス拡散層１２ｂとを有している。 FIG. 2 is a configuration diagram showing a unit cell of the fuel cell stack 10 shown in FIG. As shown in FIG. 2, a solid polymer electrolyte membrane 13 is provided between the fuel electrode 11 and the oxidant electrode 12. The solid polymer electrolyte membrane 13 is made of perfluorocarbon sulfonic acid having hydrogen ion conductivity. The fuel electrode 11 includes a fuel electrode catalyst layer 11a made of a mixture of a catalyst in which a noble metal such as platinum is supported on porous carbon and a polymer electrolyte having hydrogen ion conductivity, and a ventilation layer laminated on the fuel electrode catalyst layer 11a. And a gas diffusion layer 11b having electrical conductivity and electronic conductivity. Similarly, the oxidant electrode 12 includes an oxidant electrode catalyst layer 12a made of a mixture of a catalyst and a polymer electrolyte, and a gas diffusion layer 12b having air permeability and electronic conductivity laminated on the oxidant electrode catalyst layer 12a. And have.

また、両極１１，１２は、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路１４ａ，１５ａを有するセパレータ１４，１５で挟持されている。これらのガス流路１４ａ，１５ａは、ガス供給口から排出口にかけてほぼ直線状となっている（いわゆるストレート流路となっている）。流路１４ａ，１５ａが直線状であるため、セルにおいて発生した水は、ガスの流れによって液相のままスタック外に排出し易くなる。 The two electrodes 11 and 12 are sandwiched between separators 14 and 15 having fuel gas and oxidant gas flow paths 14a and 15a. These gas flow paths 14a and 15a are substantially linear from the gas supply port to the discharge port (so-called straight flow paths). Since the flow paths 14a and 15a are linear, the water generated in the cell is easily discharged out of the stack in the liquid phase by the gas flow.

再度、図１を参照する。燃料ガス供給系２０は、水素タンク（燃料ガス供給手段）２１と、燃料極側供給配管２２と、シャットバルブ２３と、第１圧力調整弁２４と、燃料極側排出配管２５と、循環配管２６と、循環ポンプ（燃料ガス循環手段）２７とからなっている。 Reference is again made to FIG. The fuel gas supply system 20 includes a hydrogen tank (fuel gas supply means) 21, a fuel electrode side supply pipe 22, a shut valve 23, a first pressure adjustment valve 24, a fuel electrode side discharge pipe 25, and a circulation pipe 26. And a circulation pump (fuel gas circulation means) 27.

水素タンク２１は、燃料電池スタック１０の燃料極側に燃料ガスを供給するものである。燃料極側供給配管２２は水素タンク２１と燃料電池スタック１０の燃料極側入口とを接続し、水素タンク２１からの燃料ガスを燃料電池スタック１０の燃料極１１まで導くものである。シャットバルブ２３は、燃料極側供給配管２２に設けられ、水素タンク２１の高圧水素ガスを機械的に所定圧力まで減圧するものである。 The hydrogen tank 21 supplies fuel gas to the fuel electrode side of the fuel cell stack 10. The fuel electrode side supply pipe 22 connects the hydrogen tank 21 and the fuel electrode side inlet of the fuel cell stack 10, and guides the fuel gas from the hydrogen tank 21 to the fuel electrode 11 of the fuel cell stack 10. The shut valve 23 is provided in the fuel electrode side supply pipe 22 and mechanically reduces the high-pressure hydrogen gas in the hydrogen tank 21 to a predetermined pressure.

第１圧力調整弁２４は、燃料極側供給配管２２のうちシャットバルブ２３から燃料電池スタック１０の燃料極側入口までの部分に設けられ、水素タンク２１から燃料電池スタック１０の燃料極１１に供給される燃料ガスの供給量を制御できるようになっている。また、第１圧力調整弁２４は、燃料ガスの供給量を制御することにより燃料電池スタック１０の燃料極側の圧力を調整可能となっている。 The first pressure regulating valve 24 is provided in a portion of the fuel electrode side supply pipe 22 from the shut valve 23 to the fuel electrode side inlet of the fuel cell stack 10, and is supplied from the hydrogen tank 21 to the fuel electrode 11 of the fuel cell stack 10. The amount of fuel gas supplied can be controlled. The first pressure regulating valve 24 can regulate the pressure on the fuel electrode side of the fuel cell stack 10 by controlling the amount of fuel gas supplied.

燃料極側排出配管２５は、一端が燃料電池スタック１０の燃料極側出口に接続され、他端が外部につながっており、燃料極側のガスを外部に排出するものである。循環配管２６は、一端が燃料極側排出配管２５に接続され、他端が第１圧力調整弁２４から燃料電池スタック１０の燃料極側入口に至るまでの燃料極側供給配管２２に接続されている。循環配管２６は、燃料電池スタック１０の燃料極側下流のガスを燃料極側上流に戻すための流路となるものである。循環ポンプ２７は、燃料極側排出配管２５のうち、燃料電池スタック１０の燃料極側出口から、燃料極側排出配管２５と循環配管２６との接続部Ａまでの部分に設けられ、燃料電池スタック１０の燃料極側から排出されたガスを燃料極側上流に戻す循環動力源となるものである。 The fuel electrode side discharge pipe 25 has one end connected to the fuel electrode side outlet of the fuel cell stack 10 and the other end connected to the outside, and discharges the gas on the fuel electrode side to the outside. One end of the circulation pipe 26 is connected to the fuel electrode side discharge pipe 25, and the other end is connected to the fuel electrode side supply pipe 22 from the first pressure regulating valve 24 to the fuel electrode side inlet of the fuel cell stack 10. Yes. The circulation pipe 26 serves as a flow path for returning the gas downstream of the fuel cell stack 10 to the upstream side of the fuel electrode. The circulation pump 27 is provided in a portion of the fuel electrode side discharge pipe 25 from the fuel electrode side outlet of the fuel cell stack 10 to a connection portion A between the fuel electrode side discharge pipe 25 and the circulation pipe 26. This is a circulation power source for returning the gas discharged from the 10 fuel electrode side to the upstream side of the fuel electrode.

酸化剤ガス供給系３０は、コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）３１と、酸化剤極側供給配管３２と、加湿器３３と、酸化剤極側排出配管３４と、第２圧力調整弁３５とからなっている。コンプレッサ３１は、燃料電池スタック１０の酸化剤極側に酸化剤ガスを供給するものである。酸化剤極側供給配管３２はコンプレッサ３１と燃料電池スタック１０の酸化剤極側入口とを接続し、コンプレッサ３１からの燃料ガスを燃料電池スタック１０の酸化剤極１２まで導くものである。加湿器３３は、酸化剤極側供給配管３２に設けられ、コンプレッサ３１から送られる酸化剤ガスを加湿するものである。 The oxidant gas supply system 30 includes a compressor (oxidant gas supply means) 31, an oxidant electrode side supply pipe 32, a humidifier 33, an oxidant electrode side discharge pipe 34, and a second pressure adjustment valve 35. It has become. The compressor 31 supplies oxidant gas to the oxidant electrode side of the fuel cell stack 10. The oxidant electrode side supply pipe 32 connects the compressor 31 and the oxidant electrode side inlet of the fuel cell stack 10 and guides the fuel gas from the compressor 31 to the oxidant electrode 12 of the fuel cell stack 10. The humidifier 33 is provided in the oxidant electrode side supply pipe 32 and humidifies the oxidant gas sent from the compressor 31.

酸化剤極側排出配管３４は、一端が燃料電池スタック１０の酸化剤極側出口に接続され、他端が燃料極側排出配管２５のうち接続部Ａから外部までの部分に接続されている。この酸化剤極側排出配管３４は、燃料電池スタック１０の酸化剤極側から排出されたガスを外部に導くものである。第２圧力調整弁３５は、酸化剤極側排出配管３４上に設けられ、外部に排出するガス量を制御するものである。なお、酸化剤ガス供給系３０では、コンプレッサ３１から酸化剤極１２に送られる酸化剤ガスの供給量と、第２圧力調整弁３５を通って外部に排出される酸化剤ガスの排出量とから圧力を調整可能となっている。また、燃料極側排出配管２５と酸化剤極側排出配管３４とが接続される部分を接続部Ｂとする。 One end of the oxidant electrode side discharge pipe 34 is connected to the oxidant electrode side outlet of the fuel cell stack 10, and the other end is connected to a portion of the fuel electrode side discharge pipe 25 from the connection portion A to the outside. The oxidant electrode side discharge pipe 34 guides the gas discharged from the oxidant electrode side of the fuel cell stack 10 to the outside. The second pressure regulating valve 35 is provided on the oxidant electrode side discharge pipe 34 and controls the amount of gas discharged to the outside. In the oxidant gas supply system 30, the supply amount of the oxidant gas sent from the compressor 31 to the oxidant electrode 12 and the discharge amount of the oxidant gas discharged to the outside through the second pressure regulating valve 35. The pressure can be adjusted. A portion where the fuel electrode side discharge pipe 25 and the oxidant electrode side discharge pipe 34 are connected is referred to as a connection portion B.

さらに、本実施形態に係る燃料電池システム１は、第１〜第３規制弁（規制弁）４１〜４３と、第１〜第３温度センサ（温度検出手段）５１〜５３と、負荷取出部（負荷取出手段）６０と、制御ユニット（置換手段、制御手段）７０とを備えている。 Furthermore, the fuel cell system 1 according to the present embodiment includes first to third regulation valves (regulation valves) 41 to 43, first to third temperature sensors (temperature detection means) 51 to 53, and a load take-out unit ( Load take-out means) 60 and a control unit (replacement means, control means) 70.

第１〜第３規制弁４１〜４３は、弁閉されることで燃料電池スタック１０の燃料極側および酸化剤極側への外気の流入を規制するものである。第１規制弁４１は、燃料極側排出配管２５のうち接続部Ａから接続部Ｂまでの部分に設けられ、燃料極側排出配管２５からの外気の流入を規制するようになっている。第２規制弁４２は、酸化剤極側供給配管３２のうち加湿器３３から燃料電池スタック１０の酸化剤極側入口までの部分に設けられ、酸化剤極側供給配管３２からの外気の流入を規制するようになっている。第３規制弁４３は、酸化剤極側排出配管３４のうち燃料電池スタック１０の酸化剤極側出口から第２圧力調整弁３５までの部分に設けられ、酸化剤極側排出配管３４からの外気の流入を規制するようになっている。具体的に第１〜第３規制弁４１〜４３は、ノーマルオープンの電磁式シャットバルブによって構成され、全閉動作をすると全閉状態を維持し続ける構成となっている。 The first to third regulation valves 41 to 43 regulate the inflow of outside air to the fuel electrode side and the oxidant electrode side of the fuel cell stack 10 by closing the valves. The first restriction valve 41 is provided in a portion from the connection portion A to the connection portion B in the fuel electrode side discharge pipe 25, and restricts the inflow of outside air from the fuel electrode side discharge pipe 25. The second restriction valve 42 is provided in a portion from the humidifier 33 to the oxidant electrode side inlet of the fuel cell stack 10 in the oxidant electrode side supply pipe 32 to prevent inflow of outside air from the oxidant electrode side supply pipe 32. It comes to regulate. The third regulating valve 43 is provided in a portion of the oxidant electrode side discharge pipe 34 from the oxidant electrode side outlet of the fuel cell stack 10 to the second pressure regulating valve 35, and the outside air from the oxidant electrode side discharge pipe 34. The inflow of is supposed to be regulated. Specifically, the first to third regulating valves 41 to 43 are configured by normally open electromagnetic shut valves, and are configured to keep the fully closed state when fully closed.

第１〜第３温度センサ５１〜５３は、第１〜第３規制弁４１〜４３の温度を検出するものである。第１温度センサ５１は第１規制弁４１の温度を検出し、第２温度センサ５２は第２規制弁４２の温度を検出し、第３温度センサ５３は第３規制弁４３の温度を検出する。負荷取出部６０は、燃料電池スタック１０から電流を取り出すときの電流値又は燃料電池スタック１０から電流を取り出すときの電圧値を制御するものである。 The 1st-3rd temperature sensors 51-53 detect the temperature of the 1st-3rd control valves 41-43. The first temperature sensor 51 detects the temperature of the first restriction valve 41, the second temperature sensor 52 detects the temperature of the second restriction valve 42, and the third temperature sensor 53 detects the temperature of the third restriction valve 43. . The load extraction unit 60 controls a current value when the current is extracted from the fuel cell stack 10 or a voltage value when the current is extracted from the fuel cell stack 10.

制御ユニット７０は、燃料電池スタック１０の燃料極側及び酸化剤極側のガスを燃料ガス及び不活性ガスの少なくとも一方によって置換する機能を有し、この機能によるガスの置換を制御するようになっている。さらに、制御ユニット７０は、第１〜第３規制弁４１〜４３の開閉を制御するようになっている。 The control unit 70 has a function of replacing the gas on the fuel electrode side and the oxidant electrode side of the fuel cell stack 10 with at least one of a fuel gas and an inert gas, and controls gas replacement by this function. ing. Further, the control unit 70 controls the opening and closing of the first to third regulation valves 41 to 43.

次に、第１実施形態に係る燃料電池システムの動作の概略を説明する。燃料電池システムの停止動作、及び、燃料電池システム停止中の動作の順に説明する。 Next, an outline of the operation of the fuel cell system according to the first embodiment will be described. The stop operation of the fuel cell system and the operation while the fuel cell system is stopped will be described in this order.

まず、燃料電池システムの停止動作を説明する。燃料電池システムを停止させて長時間放置した場合、燃料電池スタック１０の内部に空気が流入してくる。そして、燃料電池スタック１０の内部の水素と空気中の酸素とが反応して水が生成される。このため、燃料電池スタック１０の内部から水素が無くなっていく。故に、システム停止後、長時間経過すると燃料電池スタック１０内は空気で満たされることとなる。 First, the stop operation of the fuel cell system will be described. When the fuel cell system is stopped and left for a long time, air flows into the fuel cell stack 10. Then, hydrogen in the fuel cell stack 10 reacts with oxygen in the air to generate water. For this reason, hydrogen disappears from the inside of the fuel cell stack 10. Therefore, the fuel cell stack 10 is filled with air when a long time elapses after the system is stopped.

そして、両極に空気が存在する状態で燃料電池システムを再起動させて燃料極側に水素を供給すると、燃料極側のうち水素と酸素との界面が存在する領域と対峙する酸化剤極側において、
Ｃ＋２Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ （１）
という反応が生じ、白金等の触媒を担持しているカーボン担体の腐食が起こり、燃料電池スタック１０を劣化させてしまう。 When hydrogen is supplied to the fuel electrode side by restarting the fuel cell system in the presence of air at both electrodes, the oxidant electrode side facing the region where the interface between hydrogen and oxygen is present on the fuel electrode side. ,
C + 2H ₂ O → CO ₂ + 4H ⁺ + 4e ⁻ (1)
As a result, the carbon carrier carrying the catalyst such as platinum is corroded and the fuel cell stack 10 is deteriorated.

そこで、本実施形態に係る燃料電池システムでは、両極が空気で満たされ難くなるように、システム停止時に両極を水素または不活性ガスである窒素の少なくとも一方で満たすようにする。 Therefore, in the fuel cell system according to the present embodiment, both electrodes are filled with at least one of hydrogen or nitrogen which is an inert gas when the system is stopped so that the electrodes are hardly filled with air.

具体的に説明すると、制御ユニット７０は、シャットバルブ２３を開状態とする。また、制御ユニット７０は第１〜第３規制弁４１〜４３を閉状態とする。さらに、制御ユニット７０は、第１圧力調整弁２４の開度を制御し、水素を燃料電池スタック１０の燃料極側に供給する。また、燃料極側に供給された水素はクロスリークして酸化剤極側に至る。このため、酸化剤極にも水素を行き渡らせることとなる。このように、燃料電池システム１は、両極を水素雰囲気としたうえで、停止することとなる。 More specifically, the control unit 70 opens the shut valve 23. Further, the control unit 70 closes the first to third regulation valves 41 to 43. Further, the control unit 70 controls the opening degree of the first pressure regulating valve 24 and supplies hydrogen to the fuel electrode side of the fuel cell stack 10. Also, the hydrogen supplied to the fuel electrode side cross leaks and reaches the oxidant electrode side. For this reason, hydrogen is also distributed to the oxidizer electrode. As described above, the fuel cell system 1 is stopped after both electrodes are in a hydrogen atmosphere.

なお、燃料電池スタック１０の内部に空気が存在している場合、水素と酸素とが反応して水が生成されるため、窒素が残ることとなる。このため、両極を窒素雰囲気又は水素と窒素との混合ガスによる雰囲気とすることとなる。また、上記では、第１〜第３規制弁４１〜４３を閉じたうえで、ガス置換を行っているが、ガス置換の動作を先に行ってから第１〜第３規制弁４１〜４３を閉じるようにしてもよい。 In addition, when air exists in the fuel cell stack 10, hydrogen and oxygen react to generate water, so that nitrogen remains. For this reason, both electrodes are made into a nitrogen atmosphere or an atmosphere of a mixed gas of hydrogen and nitrogen. Further, in the above, gas replacement is performed after the first to third restriction valves 41 to 43 are closed. However, after the gas replacement operation is performed first, the first to third restriction valves 41 to 43 are changed. You may make it close.

次に、燃料電池システム停止中（すなわちシステム停止からシステムが再起動されるまでのシステム停止期間中）の動作について説明する。上記の如く、燃料電池スタック１０の両極を水素雰囲気、窒素雰囲気又は水素と窒素との混合ガスによる雰囲気にした後、第１〜第３温度センサ５１〜５３は第１〜第３規制弁４１〜４３の温度を検出する。そして、制御ユニット７０は、検出温度のうち少なくとも１つが所定温度（例えば０℃）未満である場合、第１〜第３規制弁４１〜４３のうち所定温度未満であるものを開動作させる。これにより、第１実施形態に係る燃料電池システム１は、生成水が弁に付着したまま凍結することによる弁閉状態の固着を防止するようにしている。 Next, the operation when the fuel cell system is stopped (that is, during the system stop period from the system stop until the system is restarted) will be described. As described above, after making both electrodes of the fuel cell stack 10 into a hydrogen atmosphere, a nitrogen atmosphere, or an atmosphere of a mixed gas of hydrogen and nitrogen, the first to third temperature sensors 51 to 53 are connected to the first to third regulation valves 41 to 41. The temperature of 43 is detected. Then, when at least one of the detected temperatures is lower than a predetermined temperature (for example, 0 ° C.), the control unit 70 opens one of the first to third regulating valves 41 to 43 that is lower than the predetermined temperature. Thereby, the fuel cell system 1 according to the first embodiment prevents sticking of the valve closed state due to freezing of the generated water while adhering to the valve.

なお、制御ユニット７０は、第１〜第３規制弁４１〜４３のうちいずれかが所定温度である場合、第１〜第３規制弁４１〜４３のうち所定温度未満であるものを開動作させる場合に限らず、第１〜第３規制弁４１〜４３のすべてを開動作させるようにしてもよい。 When any one of the first to third restriction valves 41 to 43 is at a predetermined temperature, the control unit 70 opens the one of the first to third restriction valves 41 to 43 that is lower than the predetermined temperature. Not only the case but all the first to third regulating valves 41 to 43 may be opened.

さらに、制御ユニット７０は、システム停止期間中において、第１〜第３規制弁４１〜４３が開けられるまで燃料極側及び酸化剤極側を正圧で維持することが望ましい。正圧で維持することにより第１〜第３規制弁４１〜４３を開けた場合、弁開時には燃料電池スタック１０から外部へとガスが流れ、規制弁４１〜４３に付着した水を吹き飛ばすことができる。 Furthermore, it is desirable that the control unit 70 maintains the fuel electrode side and the oxidant electrode side at a positive pressure until the first to third regulation valves 41 to 43 are opened during the system stop period. When the first to third restriction valves 41 to 43 are opened by maintaining them at a positive pressure, when the valves are opened, gas flows from the fuel cell stack 10 to the outside, and water attached to the restriction valves 41 to 43 may be blown off. it can.

なお、燃料電池スタック１０を正圧で維持するためには、まずシステム停止時において燃料極側に燃料ガスを供給して燃料極側の圧力を充分に大気圧より大きくなるようにする。これにより、燃料ガスがクロスリークして酸化剤極側に至り、酸化剤極側の圧力も高めることとなる。また、システム停止期間中において燃料電池スタック１０の圧力が低下した場合にも、同様に燃料極側に燃料ガスを供給して両極の圧力を高める。ここで、本実施形態では、両極の圧力を正圧に維持するようにしているが、これに限らず、いずれか一方のみの極の圧力を正圧に維持するようにしてもよい。 In order to maintain the fuel cell stack 10 at a positive pressure, first, when the system is stopped, the fuel gas is supplied to the fuel electrode side so that the pressure on the fuel electrode side becomes sufficiently larger than the atmospheric pressure. As a result, the fuel gas cross leaks and reaches the oxidant electrode side, and the pressure on the oxidant electrode side is also increased. Also, when the pressure of the fuel cell stack 10 decreases during the system stop period, the fuel gas is similarly supplied to the fuel electrode side to increase the pressure in both electrodes. Here, in this embodiment, the pressure of both poles is maintained at a positive pressure, but this is not limiting, and the pressure of only one of the poles may be maintained at a positive pressure.

さらに、第１〜第３規制弁４１〜４３の温度がすべて所定温度以上となった場合、制御ユニット７０は、第１〜第３規制弁４１〜４３を閉動作させるようにしてもよい。このとき、制御ユニット７０は、システム停止時と同様に、ガスの置換を行うことが望ましい。また、第１〜第３規制弁４１〜４３は、所定温度未満となると変形する材料（例えばバイメタルや双方向形状記憶合金）によって構成され、所定温度未満になると自動的に開状態となるようにされていもてよい。 Furthermore, when all the temperatures of the first to third restriction valves 41 to 43 are equal to or higher than a predetermined temperature, the control unit 70 may cause the first to third restriction valves 41 to 43 to close. At this time, it is desirable for the control unit 70 to perform gas replacement in the same manner as when the system is stopped. Further, the first to third regulation valves 41 to 43 are made of a material (for example, a bimetal or a bidirectional shape memory alloy) that is deformed when the temperature is lower than a predetermined temperature, and are automatically opened when the temperature is lower than the predetermined temperature. It may be done.

次に、第１実施形態に係る燃料電池システム１のシステム停止期間中における詳細動作をフローチャートを参照して説明する。図３は、第１実施形態に係る燃料電池システム１のシステム停止期間中における詳細動作を示すフローチャートである。 Next, a detailed operation of the fuel cell system 1 according to the first embodiment during the system stop period will be described with reference to a flowchart. FIG. 3 is a flowchart showing a detailed operation during the system stop period of the fuel cell system 1 according to the first embodiment.

図３に示すように、第１〜第３温度センサ５１〜５３は、第１〜第３規制弁４１〜４３の温度を検出する（ＳＴ１）。次いで、制御ユニット７０は、検出温度が所定温度未満であるかを判断する（ＳＴ２）。検出温度が所定温度未満でないと判断された場合（ＳＴ２：ＮＯ）、燃料電池システム１は所定時間待機し（ＳＴ３）、その後処理はステップＳＴ１に移行する。 As shown in FIG. 3, the 1st-3rd temperature sensors 51-53 detect the temperature of the 1st-3rd control valves 41-43 (ST1). Next, the control unit 70 determines whether the detected temperature is lower than a predetermined temperature (ST2). When it is determined that the detected temperature is not lower than the predetermined temperature (ST2: NO), the fuel cell system 1 waits for a predetermined time (ST3), and then the process proceeds to step ST1.

一方、検出温度が所定温度未満であると判断された場合（ＳＴ２：ＹＥＳ）、制御ユニット７０は、第１〜第３規制弁４１〜４３を開ける（ＳＴ４）。そして、図３に示す処理は終了する。 On the other hand, when it is determined that the detected temperature is lower than the predetermined temperature (ST2: YES), the control unit 70 opens the first to third restriction valves 41 to 43 (ST4). Then, the process shown in FIG. 3 ends.

このようにして、第１実施形態に係る燃料電池システム１によれば、システム停止時にガスの置換と規制弁４１〜４３の弁閉とを行うため、燃料電池スタック１０を燃料ガス及び不活性ガスの少なくとも一方で置換して、触媒劣化反応を抑制することができる。さらに、システムが再起動されるまでのシステム停止期間中において検出された規制弁４１〜４３の温度が所定温度未満である場合、規制弁４１〜４３を開ける。このため、規制弁４１〜４３に水が付着していたとしても、所定温度未満では規制弁４１〜４３が開けられることとなり、規制弁４１〜４３は開状態で固着することとなる。よって、規制弁４１〜４３はたとえ固着したとしても開状態で固着することとなる。故に、閉状態で固着することがなく、弁固着によって再起動ができなくなることを防止することができる。従って、触媒劣化反応を抑制しつつ低温環境下において弁固着により再起動できなくなってしまう事態を防止することができる。 Thus, according to the fuel cell system 1 according to the first embodiment, the fuel cell stack 10 is replaced with the fuel gas and the inert gas in order to perform gas replacement and valve closing of the regulation valves 41 to 43 when the system is stopped. It is possible to suppress the catalyst deterioration reaction by substituting at least one of the above. Furthermore, when the temperature of the regulating valves 41 to 43 detected during the system stop period until the system is restarted is lower than a predetermined temperature, the regulating valves 41 to 43 are opened. For this reason, even if water adheres to the regulation valves 41 to 43, the regulation valves 41 to 43 are opened at a temperature lower than the predetermined temperature, and the regulation valves 41 to 43 are fixed in an open state. Therefore, even if the regulation valves 41 to 43 are stuck, they are stuck in the open state. Therefore, it does not stick in the closed state, and it is possible to prevent the restart from being impossible due to the sticking of the valve. Therefore, it is possible to prevent a situation in which the catalyst cannot be restarted due to the sticking of the valve in a low temperature environment while suppressing the catalyst deterioration reaction.

また、システムが再起動されるまでのシステム停止期間中において、規制弁４１〜４３が開けられるまでは燃料極側及び酸化剤極側の少なくとも一方を正圧の状態で保持する。このため、規制弁４１〜４３の開弁時には燃料電池スタック１０から外部へとガスが流れ、規制弁４１〜４３に付着した水を吹き飛ばすことができる。従って、規制弁４１〜４３の固着を防止することができる。 Further, during the system stop period until the system is restarted, at least one of the fuel electrode side and the oxidant electrode side is maintained in a positive pressure state until the regulation valves 41 to 43 are opened. For this reason, when the regulating valves 41 to 43 are opened, gas flows from the fuel cell stack 10 to the outside, and water attached to the regulating valves 41 to 43 can be blown off. Therefore, sticking of the regulation valves 41 to 43 can be prevented.

次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係る燃料電池システムは、第１実施形態のものと同様であるが、処理内容が第１実施形態のものと一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. The fuel cell system according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, but the processing content is partially different from that of the first embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.

第２実施形態に係る燃料電池システム２では、第１〜第３規制弁４１〜４３を開ける場合、その開け方が第１実施形態と異なっている。すなわち、第２実施形態において制御ユニット７０は、規制弁４１〜４３のうち燃料極側の弁４１と酸化剤極側の弁４２，４３とを同時に開けると共に、少なくとも一方の弁について開閉を繰り返す開閉制御をし、燃料極側の弁４１の開状態の時間を酸化剤極側の弁４２，４３の開状態の時間よりも長くする。なお、酸化剤極側の弁４２，４３である第２，第３規制弁４２，４３は、少なくとも一方が上記動作を行っていればよい。 In the fuel cell system 2 according to the second embodiment, when the first to third restriction valves 41 to 43 are opened, the opening method is different from that of the first embodiment. That is, in the second embodiment, the control unit 70 opens and closes the fuel electrode side valve 41 and the oxidant electrode side valves 42 and 43 of the regulation valves 41 to 43 at the same time, and repeatedly opens and closes at least one of the valves. Control is performed so that the time of the open state of the valve 41 on the fuel electrode side is longer than the time of the open state of the valves 42 and 43 on the oxidizer electrode side. It should be noted that at least one of the second and third regulating valves 42 and 43 which are the oxidant electrode side valves 42 and 43 only needs to perform the above operation.

ここで、第１規制弁４１と第３規制弁４３とを同時に開けると共に、第３規制弁４３について開閉を繰り返す開閉制御をし、第１規制弁４１の開状態の時間を第３規制弁４３の開状態の時間よりも長くする場合を例に説明する。 Here, the first restriction valve 41 and the third restriction valve 43 are opened simultaneously, and the third restriction valve 43 is opened and closed repeatedly, and the opening time of the first restriction valve 41 is set to the third restriction valve 43. A case where the time is longer than the time of the open state will be described as an example.

図４は、第２実施形態に係る燃料電池システム２の動作を示す図であり、（ａ）は第２実施形態に係る燃料電池システム２の動作を行わない場合を示し、（ｂ）は第２実施形態に係る燃料電池システム２の動作を行った場合を示している。 FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the fuel cell system 2 according to the second embodiment. FIG. 4A illustrates a case where the operation of the fuel cell system 2 according to the second embodiment is not performed, and FIG. The case where the operation | movement of the fuel cell system 2 which concerns on 2 embodiment was performed is shown.

図４（ａ）に示すように、通常の燃料電池システムでは、配管径や配管容積など、構成上燃料極側の方が酸化剤極側よりも外気が流入し難くなっている。このため、第１規制弁４１と第３規制弁４３とを同時に開けた場合、外気流入速度の差から図４（ａ）の領域Ａにおいて局部電池（一方の極側に燃料ガスと酸化剤ガスとが存在し、両ガスが混合してしまうことなく界面が存在する状態をいう）による触媒劣化が起こり得る。 As shown in FIG. 4 (a), in a normal fuel cell system, outside air is less likely to flow into the fuel electrode side than the oxidant electrode side in terms of configuration, such as pipe diameter and pipe volume. For this reason, when the first restriction valve 41 and the third restriction valve 43 are opened at the same time, the local battery (fuel gas and oxidant gas on one pole side) in the region A of FIG. And the deterioration of the catalyst due to the presence of the interface without mixing the two gases.

これに対し、第２実施形態に係る燃料電池システム２において、制御ユニット７０は、第３規制弁を開閉制御する。そして、制御ユニット７０は、第１規制弁４１の開状態の時間を第３規制弁４３の開状態の時間よりも長くする。これにより、酸化剤極側へ流入する外気量が少なくなり、図４（ｂ）に示すように、燃料極側と酸化剤極側との外気流入速度をほぼ等しくすることが可能となる。この場合、一方の極側に存在する水素と酸素との界面が存在する領域と対峙する他方の極側に酸素が存在しないこととなり、局部電池による触媒劣化を防止することができる。 On the other hand, in the fuel cell system 2 according to the second embodiment, the control unit 70 controls opening and closing of the third restriction valve. And the control unit 70 makes the time of the open state of the 1st control valve 41 longer than the time of the open state of the 3rd control valve 43. FIG. As a result, the amount of outside air flowing into the oxidant electrode side is reduced, and as shown in FIG. 4B, the outside air inflow rates on the fuel electrode side and the oxidant electrode side can be made substantially equal. In this case, oxygen does not exist on the other electrode side opposite to the region where the interface between hydrogen and oxygen existing on one electrode side exists, and catalyst deterioration due to the local battery can be prevented.

このようにして、第２実施形態に係る燃料電池システム２によれば、第１実施形態と同様に、触媒劣化反応を抑制しつつ低温環境下において弁固着により再起動できなくなってしまう事態を防止することができる。 In this way, according to the fuel cell system 2 according to the second embodiment, as in the first embodiment, a situation in which the catalyst cannot be restarted due to valve sticking in a low temperature environment while suppressing the catalyst deterioration reaction is prevented. can do.

さらに、第２実施形態によれば、燃料極側の弁４１と酸化剤極側の弁４２，４３とを同時に開けるため、両極に同時に外気を流入させることとなる。ここで、通常の燃料電池システムでは、配管径や配管容積など、構成上燃料極側の方が酸化剤極側よりも外気流入し難くなっている。このため、外気流入速度の差から局部電池による触媒劣化が起こり得る。ところが、本実施形態では、少なくとも一方の弁（例えば第３規制弁４３）について開閉を繰り返す開閉制御をし、燃料極側の弁４１の開状態の時間を酸化剤極側の弁４２，４３の開状態の時間よりも長くする。このため、外気流入速度の差を調整し、局部電池による触媒劣化の発生を抑制することができる。 Furthermore, according to the second embodiment, since the fuel electrode side valve 41 and the oxidant electrode side valves 42 and 43 are simultaneously opened, outside air is allowed to flow into both electrodes simultaneously. Here, in a normal fuel cell system, the fuel electrode side is less likely to flow into the outside air than the oxidant electrode side in terms of the configuration, such as the pipe diameter and pipe volume. For this reason, catalyst deterioration due to the local battery may occur due to the difference in the outside air inflow speed. However, in this embodiment, at least one of the valves (for example, the third regulating valve 43) is controlled to be repeatedly opened and closed, and the time of the open state of the fuel electrode side valve 41 is set to the time of the valves 42 and 43 on the oxidant electrode side. Make it longer than the open time. For this reason, the difference in the outside air inflow speed can be adjusted, and the occurrence of catalyst deterioration due to the local battery can be suppressed.

なお、第２実施形態では、第３規制弁４３を開ける場合を例示しているが、これに限らず、第２規制弁４２を開ける場合に適用してもよい。また、双方の弁４２，４３を開ける場合に適用してもよい。 In addition, although the case where the 3rd control valve 43 is opened is illustrated in 2nd Embodiment, you may apply not only to this but when the 2nd control valve 42 is opened. Moreover, you may apply when opening both the valves 42 and 43. FIG.

次に、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態に係る燃料電池システムは、第１実施形態のものと同様であるが、処理内容が第１実施形態のものと一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. The fuel cell system according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, but the processing content is partially different from that of the first embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.

第３実施形態に係る燃料電池システム３において、制御ユニット７０は、第１〜第３規制弁４１〜４３を開ける場合、酸化剤極側の弁４２，４３を開けた後に、燃料極側の弁４１を開けるようになっている。また、制御ユニット７０は、第１〜第３規制弁４１〜４３を開ける場合、コンプレッサ３１による酸化剤ガスの供給を開始すると共に、水素タンク２１による燃料ガスの供給を開始する。さらに、制御ユニット７０は、燃料ガスの供給開始後に、負荷取出部６０により電流を取り出す。 In the fuel cell system 3 according to the third embodiment, when the control unit 70 opens the first to third regulating valves 41 to 43, the control unit 70 opens the valves 42 and 43 on the oxidant electrode side, and then opens the valves on the fuel electrode side. 41 can be opened. Further, when opening the first to third regulation valves 41 to 43, the control unit 70 starts supplying the oxidant gas by the compressor 31 and starts supplying fuel gas by the hydrogen tank 21. Further, the control unit 70 takes out the current by the load take-out unit 60 after the supply of the fuel gas is started.

図５は、第３実施形態に係る燃料電池システム３の動作を示す図であり、（ａ）は燃料電池スタック１０の第１の状態を示し、（ｂ）は燃料電池スタック１０の第２の状態を示し、（ｃ）は燃料電池スタック１０の第３の状態を示している。 FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the fuel cell system 3 according to the third embodiment, where (a) illustrates a first state of the fuel cell stack 10, and (b) illustrates a second state of the fuel cell stack 10. (C) shows a third state of the fuel cell stack 10.

図５（ａ）に示すように、システム停止時に燃料電池スタック１０の内部を燃料ガスで置換した場合、（特に停止直後には）酸化剤極側が燃料極側よりも燃料ガス濃度が低くなりやすい。この状態のまま長時間経過すると、次第に両極側の燃料ガス濃度は等しくなっていくが、長時間経過するまでは酸化剤極側が燃料極側よりも燃料ガス濃度が低くなっている。故に、先に酸化剤極側の弁４２，４３を開けることで、濃度が低い酸化剤極側の燃料ガスを外気と混合させることになり、速やかに酸化剤極側の燃料ガスを無くすことができる。これにより、酸化剤極側において長期に亘って燃料ガスと酸化剤ガスとが混在する状態を回避でき、長期に亘る局部電池の発生を抑制することができる。 As shown in FIG. 5A, when the inside of the fuel cell stack 10 is replaced with the fuel gas when the system is stopped (especially immediately after the stop), the oxidant electrode side tends to have a lower fuel gas concentration than the fuel electrode side. . When a long time elapses in this state, the fuel gas concentrations on both electrode sides gradually become equal, but the oxidant electrode side has a lower fuel gas concentration than the fuel electrode side until a long time elapses. Therefore, by opening the valves 42 and 43 on the oxidant electrode side first, the fuel gas on the oxidant electrode side having a low concentration is mixed with the outside air, and the fuel gas on the oxidant electrode side can be quickly eliminated. it can. Thereby, it is possible to avoid a state in which the fuel gas and the oxidant gas are mixed for a long time on the oxidant electrode side, and it is possible to suppress the generation of a local battery for a long time.

特に、第３実施形態では第１〜第３規制弁４１〜４３を開ける場合、コンプレッサ３１による酸化剤ガスの供給を開始する。これにより、酸化剤極側に酸化剤ガスを強制的に流入させて酸化剤極側のガスを混合させることとなる。よって、燃料ガスと酸化剤ガスとの界面が存在しにくくなって局部電池の発生を抑制することができる。特に、コンプレッサ３１によって多量の酸化剤ガスを流入させると、酸化剤極側は、図５（ｂ）に示すように外気で満たされることとなり、局部電池の発生を抑制することができる。 In particular, in the third embodiment, when the first to third regulation valves 41 to 43 are opened, supply of the oxidant gas by the compressor 31 is started. As a result, the oxidant gas is forced to flow into the oxidant electrode side to mix the gas on the oxidant electrode side. Therefore, the interface between the fuel gas and the oxidant gas is unlikely to exist and the generation of the local battery can be suppressed. In particular, when a large amount of oxidant gas is caused to flow in by the compressor 31, the oxidant electrode side is filled with outside air as shown in FIG. 5B, and generation of local batteries can be suppressed.

さらに、第３実施形態では酸化剤ガスの供給を開始する場合、循環ポンプ２７によるガスの強制循環を開始する。これにより、燃料極側に燃料ガスを強制的に流入させて燃料極側のガスを混合させることとなり、燃料ガスと酸化剤ガスとの界面が存在しにくくなって局部電池の発生を抑制することができる。特に、水素タンク２１によって多量の燃料ガスを流入させると、燃料極側は、図５（ｃ）に示すように燃料ガスで満たされることとなり、局部電池の発生を抑制することができる。 Furthermore, in the third embodiment, when the supply of the oxidant gas is started, the forced circulation of the gas by the circulation pump 27 is started. As a result, the fuel gas is forced to flow into the fuel electrode side to mix the fuel electrode side gas, and the interface between the fuel gas and the oxidant gas is less likely to be present, thereby suppressing the generation of local cells. Can do. In particular, when a large amount of fuel gas is caused to flow through the hydrogen tank 21, the fuel electrode side is filled with the fuel gas as shown in FIG. 5C, and generation of local cells can be suppressed.

また、第３実施形態では燃料ガスの循環開始後に負荷取出部６０により電流を取り出す。これにより、燃料極側の燃料ガスを消費することとなる。燃料極側には燃料ガスが残留しており、この残留した燃料ガスを速やかに消費することができるので、劣化を抑制することができる。 In the third embodiment, the current is taken out by the load take-out unit 60 after the fuel gas circulation is started. As a result, the fuel gas on the fuel electrode side is consumed. Since the fuel gas remains on the fuel electrode side and the remaining fuel gas can be consumed quickly, deterioration can be suppressed.

図６は、第３実施形態に係る燃料電池システム３のシステム停止期間中における詳細動作を示すフローチャートである。なお、図６に示すステップＳＴ１０〜ＳＴ１２の処理は、図３に示すステップＳＴ１〜ＳＴ３の処理と同様であるため、説明を省略する。 FIG. 6 is a flowchart showing a detailed operation during the system stop period of the fuel cell system 3 according to the third embodiment. Note that the processing of steps ST10 to ST12 shown in FIG. 6 is the same as the processing of steps ST1 to ST3 shown in FIG.

検出温度が所定温度未満であると判断された場合（ＳＴ１１：ＹＥＳ）、制御ユニット７０は、システム停止からの積算時間が規定時間未満かを判断する（ＳＴ１３）。システム停止からの積算時間が規定時間未満でないと判断された場合（ＳＴ１３：ＮＯ）、制御ユニット７０は、第１〜第３規制弁４１〜４３を開ける（ＳＴ１４）。そして、図６に示す処理は終了する。 When it is determined that the detected temperature is less than the predetermined temperature (ST11: YES), the control unit 70 determines whether the accumulated time from the system stop is less than the specified time (ST13). When it is determined that the accumulated time from the system stop is not less than the specified time (ST13: NO), the control unit 70 opens the first to third restriction valves 41 to 43 (ST14). Then, the process shown in FIG. 6 ends.

一方、システム停止からの積算時間が規定時間未満であると判断された場合（ＳＴ１３：ＹＥＳ）、制御ユニット７０は、第２および第３規制弁４２，４３を開ける（ＳＴ１５）。そして、燃料電池システム３は所定時間待機し（ＳＴ１６）、制御ユニット７０は、第１規制弁４１を開ける（ＳＴ１７）。 On the other hand, when it is determined that the accumulated time from the system stop is less than the specified time (ST13: YES), the control unit 70 opens the second and third regulating valves 42, 43 (ST15). Then, the fuel cell system 3 stands by for a predetermined time (ST16), and the control unit 70 opens the first restriction valve 41 (ST17).

次いで、制御ユニット７０は、コンプレッサ３１を起動して酸化剤ガスを供給し（ＳＴ１８）、循環ポンプ２７を駆動させる（ＳＴ１９）。そして、制御ユニット７０は、負荷取出部６０によって電流を取り出す（ＳＴ２０）。その後、図６に示す処理は終了する。 Next, the control unit 70 activates the compressor 31 to supply the oxidant gas (ST18), and drives the circulation pump 27 (ST19). And the control unit 70 takes out an electric current by the load extraction part 60 (ST20). Thereafter, the process shown in FIG. 6 ends.

このようにして、第３実施形態に係る燃料電池システム３によれば、第１実施形態と同様に、触媒劣化反応を抑制しつつ低温環境下において弁固着により再起動できなくなってしまう事態を防止することができる。また、規制弁４１〜４３の固着を防止することができる。 In this way, according to the fuel cell system 3 according to the third embodiment, as in the first embodiment, it is possible to prevent a situation in which the catalyst cannot be restarted due to the valve sticking in a low temperature environment while suppressing the catalyst deterioration reaction. can do. Moreover, sticking of the regulation valves 41 to 43 can be prevented.

さらに、第３実施形態によれば、両極を燃料ガスを含んだガスで置換し、規制弁４１〜４３の温度が所定温度未満となり規制弁４１〜４３を開ける場合、酸化剤極側の弁４２，４３を開けた後に、燃料極側の弁４１を開ける。これにより、先に酸化剤極側に外気を流入させ、酸化剤極側の燃料ガスを燃料極側の燃料ガスよりも先に外気と混合させて消費させることとなる。ここで、システム停止時にスタック内を燃料ガスで置換した場合、（特に停止直後には）酸化剤極側が燃料極側よりも燃料ガス濃度が低くなりやすい。故に、先に酸化剤極側の弁４２，４３を開けることで、濃度が低い酸化剤極側の燃料ガスを外気と混合させることになり、速やかに酸化剤極側の燃料ガスを無くすことができる。これにより、酸化剤極側において長期に亘って燃料ガスと酸化剤ガスとが混在する状態を回避でき、長期に亘る局部電池の発生を抑制することができる。 Furthermore, according to the third embodiment, when both electrodes are replaced with a gas containing fuel gas, and the temperature of the regulating valves 41 to 43 becomes lower than a predetermined temperature and the regulating valves 41 to 43 are opened, the valve 42 on the oxidant electrode side. , 43 are opened, then the fuel electrode side valve 41 is opened. As a result, the outside air first flows into the oxidant electrode side, and the fuel gas on the oxidant electrode side is mixed with the outside air before the fuel gas on the fuel electrode side and consumed. Here, when the stack is replaced with fuel gas when the system is stopped, the fuel gas concentration tends to be lower on the oxidizer electrode side than on the fuel electrode side (especially immediately after the stop). Therefore, by opening the valves 42 and 43 on the oxidant electrode side first, the fuel gas on the oxidant electrode side having a low concentration is mixed with the outside air, and the fuel gas on the oxidant electrode side can be quickly eliminated. it can. Thereby, it is possible to avoid a state in which the fuel gas and the oxidant gas are mixed for a long time on the oxidant electrode side, and it is possible to suppress the generation of a local battery for a long time.

また、規制弁４１〜４３の温度が所定温度未満となり規制弁４１〜４３を開ける場合、酸化剤極側への酸化剤ガスの供給を開始する。これにより、酸化剤極側に酸化剤ガスを強制的に流入させて酸化剤極側のガスを混合させることとなり、燃料ガスと酸化剤ガスとの界面が存在しにくくなって局部電池の発生を抑制することができる。特に、コンプレッサ３１によって多量の酸化剤ガスを流入させると、酸化剤極側は、図５（ｂ）に示すように外気で満たされることとなり、局部電池の発生を抑制することができる。 Further, when the temperature of the regulation valves 41 to 43 is lower than the predetermined temperature and the regulation valves 41 to 43 are opened, supply of the oxidant gas to the oxidant electrode side is started. As a result, the oxidant gas is forced to flow into the oxidant electrode side and the gas on the oxidant electrode side is mixed, and the interface between the fuel gas and the oxidant gas is less likely to exist and the generation of a local battery is prevented. Can be suppressed. In particular, when a large amount of oxidant gas is caused to flow in by the compressor 31, the oxidant electrode side is filled with outside air as shown in FIG. 5B, and generation of local batteries can be suppressed.

また、規制弁４１〜４３の温度が所定温度未満となり規制弁４１〜４３を開けて酸化剤ガスの供給を開始する場合、循環ポンプ２７を駆動させて燃料極側のガスを混合させることにより、燃料ガスと酸化剤ガスとの界面が存在しにくくなって局部電池の発生を抑制することができる。 Further, when the temperature of the regulation valves 41 to 43 is lower than the predetermined temperature and the regulation valves 41 to 43 are opened to start supplying the oxidant gas, the circulation pump 27 is driven to mix the gas on the fuel electrode side, The interface between the fuel gas and the oxidant gas is less likely to be present, and local battery generation can be suppressed.

また、負荷取出部６０により電流を取り出し、燃料極側の残留燃料ガスを速やかに消費することで、一層局部電池の発生を抑制することができる。 Further, the generation of local batteries can be further suppressed by taking out the current by the load take-out unit 60 and quickly consuming the residual fuel gas on the fuel electrode side.

次に、本発明の第４実施形態を説明する。第４実施形態に係る燃料電池システムは、第１実施形態のものと同様であるが、処理内容が第１実施形態のものと一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The fuel cell system according to the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment, but the processing content is partially different from that of the first embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.

まず、水素タンク２１によって燃料ガスが供給された場合、燃料電池スタック１０のうち燃料ガスの流れの下流側から上流側への方向を規定方向とすると、第４実施形態において制御ユニット７０は、酸化剤極側の規制弁４２，４３のうち規定方向側に存在する弁４３を開け、その後に他の規制弁４１，４２を開ける。すなわち、制御ユニット７０は、第３規制弁４３を先に開け、その後、第１および第２規制弁４１，４２を開ける。 First, when the fuel gas is supplied from the hydrogen tank 21, if the direction from the downstream side to the upstream side of the flow of the fuel gas in the fuel cell stack 10 is defined as the specified direction, the control unit 70 in the fourth embodiment Among the regulating electrodes 42 and 43 on the agent electrode side, the valve 43 existing on the specified direction side is opened, and then the other regulating valves 41 and 42 are opened. That is, the control unit 70 opens the third restriction valve 43 first, and then opens the first and second restriction valves 41 and 42.

図７は、全ての規制弁４１〜４３を同時に開け、その後燃料ガスを供給した場合の触媒劣化の様子を示す図であり、（ａ）は燃料電池スタック１０の第１の状態を示し、（ｂ）は燃料電池スタック１０の第２の状態を示し、（ｃ）は燃料電池スタック１０の第３の状態を示している。 FIG. 7 is a view showing a state of catalyst deterioration when all the regulating valves 41 to 43 are opened at the same time and fuel gas is supplied thereafter, (a) shows a first state of the fuel cell stack 10, b) shows the second state of the fuel cell stack 10, and (c) shows the third state of the fuel cell stack 10.

まず、図７（ａ）に示すように、全ての規制弁４１〜４３を同時に開けた場合、両極側は空気で満たされることとなる。その後、燃料ガスが供給されると、図７（ｂ）に示す領域ａにおいて触媒劣化が発生する。さらに、燃料ガスが供給されると、図７（ｃ）に示す領域ｂにおいて触媒劣化が発生する。この図７（ｂ）および図７（ｃ）に示すように、燃料ガスの流れの下流側は、多く時間触媒劣化することとなる。故に、燃料ガスの流れの下流側は、触媒の劣化度合いが大きくなってしまう。 First, as shown to Fig.7 (a), when all the control valves 41-43 are opened simultaneously, both pole sides will be satisfy | filled with air. Thereafter, when the fuel gas is supplied, catalyst deterioration occurs in a region a shown in FIG. Further, when fuel gas is supplied, catalyst deterioration occurs in a region b shown in FIG. As shown in FIGS. 7 (b) and 7 (c), the downstream side of the flow of the fuel gas undergoes catalytic degradation for a long time. Therefore, the degree of deterioration of the catalyst is increased on the downstream side of the fuel gas flow.

図８は、第４実施形態に係る燃料電池システム４の動作を示す図であり、（ａ）は燃料電池スタック１０の第１の状態を示し、（ｂ）は燃料電池スタック１０の第２の状態を示している。 FIG. 8 is a diagram showing the operation of the fuel cell system 4 according to the fourth embodiment, where (a) shows the first state of the fuel cell stack 10, and (b) shows the second state of the fuel cell stack 10. Indicates the state.

図８（ａ）に示すように、第３規制弁４３を先に開けた場合、酸化剤極側の出口側から外気が流入する。また、酸化剤極側に流入した外気の一部はクロスリークして燃料極側に至る。このため、図８（ａ）に示すように、燃料ガスの流れの上流側の領域ｃにおいて触媒劣化が発生することとなる。また、さらに時間が経過すると、図８（ｂ）に示すように、上流側のより広い領域ｄにおいて触媒劣化が発生することとなる。このように、第３規制弁４３を先に開けた場合、燃料ガスの流れの上流側から触媒劣化が発生することとなる。これにより、第４実施形態では、一定の個所のみの触媒の劣化度合いを大きくすることを防止している。 As shown in FIG. 8A, when the third restriction valve 43 is opened first, outside air flows from the outlet side on the oxidant electrode side. Further, part of the outside air flowing into the oxidant electrode side cross-leaks and reaches the fuel electrode side. For this reason, as shown in FIG. 8A, catalyst deterioration occurs in the region c upstream of the fuel gas flow. Further, when the time further elapses, as shown in FIG. 8B, catalyst deterioration occurs in a wider area d on the upstream side. Thus, when the 3rd control valve 43 is opened previously, catalyst degradation will generate | occur | produce from the upstream of the flow of fuel gas. Thereby, in 4th Embodiment, it is prevented that the deterioration degree of the catalyst of only a fixed part is enlarged.

このようにして、第４実施形態に係る燃料電池システム４によれば、第１実施形態と同様に、触媒劣化反応を抑制しつつ低温環境下において弁固着により再起動できなくなってしまう事態を防止することができる。また、規制弁４１〜４３の固着を防止することができる。 In this way, according to the fuel cell system 4 according to the fourth embodiment, as in the first embodiment, it is possible to prevent a situation in which the catalyst cannot be restarted due to the valve sticking in a low temperature environment while suppressing the catalyst deterioration reaction. can do. Moreover, sticking of the regulation valves 41 to 43 can be prevented.

さらに、第４実施形態によれば、規制弁４１〜４３を開ける場合、酸化剤極側の規制弁４２，４３のうち規定方向側に存在する弁４３を開け、その後に他の規制弁４１，４２を開ける。ここで、規制弁４１〜４３の温度が所定温度未満のときに全ての規制弁４１〜４３を同時に開けた場合、両極は外気流入により空気で満たされることとなる。その後、図７に示したように、燃料ガスが供給されると、燃料ガスの流れの下流側について触媒の劣化度合いが大きくなってしまう。ところが、酸化剤極側の規制弁４２，４３のうち規定方向側に存在する弁４３を開け、その後に他の規制弁４２を開けることにより、規定方向側から触媒劣化が発生することとなり、一定の個所のみの触媒の劣化度合いを大きくすることを防止することができる。従って、触媒劣化度合いの差によって生じる電流密度の差を小さくすることができ、燃料電池スタックの性能維持の長期化を図ることができる。 Further, according to the fourth embodiment, when the restriction valves 41 to 43 are opened, the valve 43 existing on the specified direction side among the restriction valves 42 and 43 on the oxidant electrode side is opened, and then the other restriction valves 41 and 43 are opened. 42 is opened. Here, when all the control valves 41-43 are opened simultaneously when the temperature of the control valves 41-43 is less than predetermined temperature, both poles will be filled with air by external air inflow. Thereafter, as shown in FIG. 7, when the fuel gas is supplied, the degree of deterioration of the catalyst is increased on the downstream side of the flow of the fuel gas. However, by opening the valve 43 that exists on the specified direction side among the regulating valves 42 and 43 on the oxidizer electrode side, and then opening the other regulating valve 42, catalyst deterioration occurs from the specified direction side, which is constant. It is possible to prevent the degree of deterioration of the catalyst only at this point from being increased. Therefore, the difference in current density caused by the difference in the degree of catalyst deterioration can be reduced, and the performance of the fuel cell stack can be maintained for a long time.

次に、本発明の第５実施形態を説明する。第５実施形態に係る燃料電池システムは、第１実施形態のものと同様であるが、処理内容が第１実施形態のものと一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. The fuel cell system according to the fifth embodiment is the same as that of the first embodiment, but the processing content is partially different from that of the first embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.

第５実施形態において、制御ユニット７０は、規制弁４１〜４３の温度が所定温度未満となった場合、規制弁４１〜４３の開閉を繰り返す開閉制御を行うようになっている。図９は、第５実施形態に係る燃料電池システム５の動作を示す図であり、（ａ）は燃料電池スタック１０の第１の状態を示し、（ｂ）は燃料電池スタック１０の第２の状態を示し、（ｃ）は燃料電池スタック１０の第３の状態を示し、（ｄ）は燃料電池スタック１０の第４の状態を示している。 In the fifth embodiment, the control unit 70 performs open / close control that repeatedly opens and closes the restriction valves 41 to 43 when the temperature of the restriction valves 41 to 43 becomes lower than a predetermined temperature. FIG. 9 is a diagram illustrating an operation of the fuel cell system 5 according to the fifth embodiment, where (a) illustrates a first state of the fuel cell stack 10 and (b) illustrates a second state of the fuel cell stack 10. (C) shows a third state of the fuel cell stack 10, and (d) shows a fourth state of the fuel cell stack 10.

まず、図９（ａ）に示すように、規制弁４１〜４３が開けられる前、両極側は水素と窒素によって満たされているものとする。ここで、規制弁４１〜４３の温度が所定温度未満となり、制御ユニット７０は、第１および第３規制弁４１，４３を開けたとする。このとき、制御ユニット７０は、第１および第３規制弁４１，４３について、開閉を繰り返す開閉制御を行う。これにより、第１および第３規制弁４１，４３の開時間が限定され、図９（ｂ）に示すように、少量の外気が燃料電池スタック１０に流入する。 First, as shown in FIG. 9A, it is assumed that both electrode sides are filled with hydrogen and nitrogen before the regulation valves 41 to 43 are opened. Here, it is assumed that the temperature of the regulation valves 41 to 43 is lower than the predetermined temperature, and the control unit 70 opens the first and third regulation valves 41 and 43. At this time, the control unit 70 performs open / close control for repeatedly opening and closing the first and third regulating valves 41 and 43. As a result, the opening times of the first and third regulating valves 41 and 43 are limited, and a small amount of outside air flows into the fuel cell stack 10 as shown in FIG.

この少量の外気は、燃料電池スタック１０の水素と反応して水となる。また、流入した外気が少量であることから、図９（ｃ）に示すように、第１および第３規制弁４１，４３の閉時間中に、外気中の酸素は消費されてしまう。これにより、局部電池が形成されにくくなる。その後、同様の動作が繰り返されることとなる。 This small amount of outside air reacts with hydrogen in the fuel cell stack 10 to become water. Further, since the amount of outside air that flows in is small, as shown in FIG. 9C, oxygen in the outside air is consumed during the closing time of the first and third regulating valves 41 and 43. Thereby, it becomes difficult to form a local battery. Thereafter, the same operation is repeated.

このようにして、第５実施形態に係る燃料電池システム５によれば、第１実施形態と同様に、触媒劣化反応を抑制しつつ低温環境下において弁固着により再起動できなくなってしまう事態を防止することができる。また、規制弁４１〜４３の固着を防止することができる。 In this way, according to the fuel cell system 5 according to the fifth embodiment, as in the first embodiment, it is possible to prevent a situation where the restart cannot be performed due to the valve sticking in a low temperature environment while suppressing the catalyst deterioration reaction. can do. Moreover, sticking of the regulation valves 41 to 43 can be prevented.

さらに、第５実施形態によれば、規制弁４１〜４３の開閉を繰り返す開閉制御をする。このため、規制弁４１〜４３の開状態で維持されている場合よりも流入する外気量を少なくすることができる。これにより、流入した外気は燃料ガスと速やかに反応して消費されることとなる。従って、局部電池が形成されにくくすることができる。 Furthermore, according to 5th Embodiment, the opening / closing control which repeats opening / closing of the control valves 41-43 is performed. For this reason, the amount of outside air that flows in can be reduced as compared with the case where the regulation valves 41 to 43 are maintained in the open state. Thereby, the inflowing outside air reacts with the fuel gas quickly and is consumed. Therefore, it is possible to make it difficult to form a local battery.

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、各実施形態を組み合わせてもよい。例えば、上記実施形態において規制弁４１〜４３は３つ設けられていたが、３つに限ることなく、他の数であってもよい。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, You may add a change in the range which does not deviate from the meaning of this invention, and combines each embodiment. Also good. For example, although the three regulation valves 41 to 43 are provided in the above embodiment, the number is not limited to three and may be any other number.

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 図１に示された燃料電池スタックの単位セルを示す構成図である。It is a block diagram which shows the unit cell of the fuel cell stack shown by FIG. 第１実施形態に係る燃料電池システムのシステム停止期間中における詳細動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detailed operation | movement in the system stop period of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment. 第２実施形態に係る燃料電池システムの動作を示す図であり、（ａ）は第２実施形態に係る燃料電池システムの動作を行わない場合を示し、（ｂ）は第２実施形態に係る燃料電池システムの動作を行った場合を示している。It is a figure which shows operation | movement of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment, (a) shows the case where the operation | movement of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment is not performed, (b) is the fuel which concerns on 2nd Embodiment. The case where the operation of the battery system is performed is shown. 第３実施形態に係る燃料電池システムの動作を示す図であり、（ａ）は燃料電池スタックの第１の状態を示し、（ｂ）は燃料電池スタックの第２の状態を示し、（ｃ）は燃料電池スタックの第３の状態を示している。It is a figure which shows operation | movement of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment, (a) shows the 1st state of a fuel cell stack, (b) shows the 2nd state of a fuel cell stack, (c) Indicates a third state of the fuel cell stack. 第３実施形態に係る燃料電池システムのシステム停止期間中における詳細動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detailed operation | movement in the system stop period of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment. 全ての規制弁を同時に開け、その後燃料ガスを供給した場合の触媒劣化の様子を示す図であり、（ａ）は燃料電池スタックの第１の状態を示し、（ｂ）は燃料電池スタックの第２の状態を示し、（ｃ）は燃料電池スタックの第３の状態を示している。It is a figure which shows the mode of catalyst deterioration at the time of opening all the control valves simultaneously, and supplying fuel gas after that, (a) shows the 1st state of a fuel cell stack, (b) shows the 1st state of a fuel cell stack. (C) shows a third state of the fuel cell stack. 第４実施形態に係る燃料電池システムの動作を示す図であり、（ａ）は燃料電池スタックの第１の状態を示し、（ｂ）は燃料電池スタックの第２の状態を示し、（ｃ）は燃料電池スタックの第３の状態を示している。It is a figure which shows operation | movement of the fuel cell system which concerns on 4th Embodiment, (a) shows the 1st state of a fuel cell stack, (b) shows the 2nd state of a fuel cell stack, (c) Indicates a third state of the fuel cell stack. 第５実施形態に係る燃料電池システムの動作を示す図であり、（ａ）は燃料電池スタックの第１の状態を示し、（ｂ）は燃料電池スタックの第２の状態を示し、（ｃ）は燃料電池スタックの第３の状態を示し、（ｄ）は燃料電池スタックの第４の状態を示している。It is a figure which shows operation | movement of the fuel cell system which concerns on 5th Embodiment, (a) shows the 1st state of a fuel cell stack, (b) shows the 2nd state of a fuel cell stack, (c) Shows the third state of the fuel cell stack, and (d) shows the fourth state of the fuel cell stack.

符号の説明Explanation of symbols

１〜５…燃料電池システム
１０…燃料電池スタック
１１…燃料極
１１ａ…燃料極触媒層
１１ｂ…ガス拡散層
１２…酸化剤極
１１ａ…酸化剤極触媒層
１２ｂ…ガス拡散層
１３…固体高分子電解質膜
１４，１５…セパレータ
１４ａ，１５ａ…ガス流路
２０…燃料ガス供給系
２１…水素タンク（燃料ガス供給手段）
２２…燃料極側供給配管
２３…シャットバルブ
２４…第１圧力調整弁
２５…燃料極側排出配管
２６…循環配管
２７…循環ポンプ（燃料ガス循環手段）
３０…酸化剤ガス供給系
３１…コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）
３２…酸化剤極側供給配管
３３…加湿器
３４…酸化剤極側排出配管
３５…第２圧力調整弁
４１〜４３…規制弁
５１〜５３…温度センサ（温度検出手段）
６０…負荷取出部（負荷取出手段）
７０…制御ユニット（置換手段、制御手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-5 ... Fuel cell system 10 ... Fuel cell stack 11 ... Fuel electrode 11a ... Fuel electrode catalyst layer 11b ... Gas diffusion layer 12 ... Oxidant electrode 11a ... Oxidant electrode catalyst layer 12b ... Gas diffusion layer 13 ... Solid polymer electrolyte Membranes 14, 15 ... separators 14a, 15a ... gas flow path 20 ... fuel gas supply system 21 ... hydrogen tank (fuel gas supply means)
22 ... Fuel electrode side supply pipe 23 ... Shut valve 24 ... First pressure regulating valve 25 ... Fuel electrode side discharge pipe 26 ... Circulation pipe 27 ... Circulation pump (fuel gas circulation means)
30 ... Oxidant gas supply system 31 ... Compressor (oxidant gas supply means)
32 ... Oxidizer electrode side supply piping 33 ... Humidifier 34 ... Oxidizer electrode side discharge piping 35 ... Second pressure regulating valves 41-43 ... Restriction valves 51-53 ... Temperature sensors (temperature detection means)
60 ... Load take-out section (load take-out means)
70... Control unit (substitution means, control means)

Claims

燃料ガスの供給を受ける燃料極および酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極を有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させることにより発電を行う燃料電池スタックと、
弁閉されることで燃料極側および酸化剤極側への外気の流入を規制する規制弁と、
前記燃料電池スタックの燃料極側及び酸化剤極側のガスを燃料ガス及び不活性ガスの少なくとも一方によって置換する置換手段と、
前記規制弁の開閉及び置換手段によるガス置換を制御する制御手段と、
前記規制弁の温度を検出する温度検出手段と、を備え、
前記制御手段は、システム停止時に前記置換手段によるガスの置換と前記規制弁の弁閉とを行い、システム停止からシステムが再起動されるまでのシステム停止期間中において前記温度検出手段により検出された温度が所定温度未満である場合、前記規制弁を開ける
ことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack having a fuel electrode supplied with a fuel gas and an oxidizer electrode supplied with an oxidant gas, and generating power by reacting the fuel gas and the oxidant gas;
A regulating valve that regulates the inflow of outside air to the fuel electrode side and the oxidant electrode side by closing the valve;
Replacing means for replacing the gas on the fuel electrode side and the oxidant electrode side of the fuel cell stack with at least one of a fuel gas and an inert gas;
Control means for controlling opening and closing of the restriction valve and gas replacement by the replacement means;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the regulating valve,
The control means performs gas replacement by the replacement means and valve closing of the restriction valve when the system is stopped, and is detected by the temperature detection means during a system stop period from system stop to system restart. The fuel cell system, wherein the restriction valve is opened when the temperature is lower than a predetermined temperature.

前記置換手段は、前記燃料電池スタックの燃料極側及び酸化剤極側を少なくとも燃料ガスを含んだガスによって置換し、
前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された温度が所定温度未満であって前記規制弁を開ける場合、酸化剤極側の弁を開けた後に、燃料極側の弁を開ける
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The replacement means replaces the fuel electrode side and the oxidant electrode side of the fuel cell stack with a gas containing at least a fuel gas,
When the temperature detected by the temperature detecting means is lower than a predetermined temperature and the restriction valve is opened, the control means opens the fuel electrode side valve after opening the oxidant electrode side valve. The fuel cell system according to claim 1.

前記燃料電池スタックの酸化剤極側に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された温度が所定温度未満であって前記規制弁を開ける場合、前記酸化剤ガス供給手段による酸化剤ガスの供給を開始する
ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の燃料電池システム。 An oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode side of the fuel cell stack;
The control means starts supplying oxidant gas by the oxidant gas supply means when the temperature detected by the temperature detection means is lower than a predetermined temperature and the restriction valve is opened. A fuel cell system according to claim 1 or claim 2.

前記燃料電池スタックの燃料極側において燃料ガスを循環させる燃料ガス循環手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記酸化剤ガス供給手段による酸化剤ガスの供給を開始する場合、前記燃料ガス循環手段による燃料ガスの循環を開始する
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。 Fuel gas circulation means for circulating fuel gas on the fuel electrode side of the fuel cell stack,
4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the control unit starts circulation of the fuel gas by the fuel gas circulation unit when the supply of the oxidant gas by the oxidant gas supply unit is started. 5.

前記燃料電池スタックから電流を取り出すときの電流値又は前記燃料電池スタックから電流を取り出す際の電圧値を制御する負荷取出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記燃料ガス循環手段による燃料ガスの循環開始後に、前記負荷取出手段により電流を取り出す
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。 Load extraction means for controlling a current value at the time of taking out current from the fuel cell stack or a voltage value at the time of taking out current from the fuel cell stack;
5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the control unit extracts a current from the load extraction unit after the fuel gas circulation unit starts to circulate the fuel gas.

前記制御手段は、システムが再起動されるまでのシステム停止期間中において、前記規制弁が開けられるまでは燃料極側及び酸化剤極側の少なくとも一方を正圧の状態で保持する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The control means holds at least one of the fuel electrode side and the oxidant electrode side in a positive pressure state until the restriction valve is opened during a system stop period until the system is restarted. The fuel cell system according to claim 1.

前記制御手段は、規制弁を開ける場合、燃料極側の弁と酸化剤極側の弁とを同時に開けると共に、少なくとも一方の弁について開閉を繰り返す開閉制御をし、燃料極側の弁の開状態の時間を酸化剤極側の弁の開状態の時間よりも長くする
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 When the control means opens the regulating valve, the valve on the fuel electrode side and the valve on the oxidant electrode side are opened simultaneously, and at least one of the valves is opened / closed repeatedly, and the valve on the fuel electrode side is opened. The fuel cell system according to claim 1, wherein the time is longer than the time when the valve on the oxidizer electrode side is open.

前記燃料電池スタックの燃料極側に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記燃料電池スタックのうち、前記燃料ガス供給手段によって燃料ガスが供給された場合に燃料ガスの流れの下流側から上流側への方向を規定方向としたとき、酸化剤極側の規制弁のうち前記規定方向側に存在する弁を開け、その後に他の規制弁を開ける
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 A fuel gas supply means for supplying fuel gas to the fuel electrode side of the fuel cell stack;
In the fuel cell stack, when the fuel gas is supplied by the fuel gas supply means, the control means sets the direction from the downstream side to the upstream side of the flow of the fuel gas as the specified direction, and the oxidant electrode side 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein a valve existing on the prescribed direction side is opened, and then another restriction valve is opened.

前記制御手段は、前記規制弁の開閉を繰り返す開閉制御をする
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit performs open / close control that repeatedly opens and closes the restriction valve.